基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法，所述的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法通過林木自身的生長(zhǎng)高度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要方法是通過無(wú)人機(jī)在特定的高度上飛行，通過無(wú)人機(jī)攜帶的距離測(cè)量?jī)x和的成像設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量和拍攝，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析得出林木生長(zhǎng)狀態(tài)；本發(fā)明通過將無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)和現(xiàn)代林林業(yè)的檢測(cè)技術(shù)結(jié)在一起，針對(duì)現(xiàn)代林業(yè)的大規(guī)模集成化林場(chǎng)，無(wú)需農(nóng)民進(jìn)行下田觀察林木的生長(zhǎng)狀況，節(jié)省了大量的用工成本和時(shí)間，同時(shí)經(jīng)過計(jì)算機(jī)記錄的圖片數(shù)據(jù)，方便隨時(shí)查看和前后對(duì)比，更精準(zhǔn)的分析出林木的實(shí)際生長(zhǎng)狀況，方便對(duì)大規(guī)模林場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和管理。
【專利說明】基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動(dòng)化林業(yè)的監(jiān)控設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生 長(zhǎng)狀態(tài)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代林業(yè)是指保護(hù)生態(tài)環(huán)境保持生態(tài)平衡，培育和保護(hù)森林以取得木材和其他林 產(chǎn)品、利用林木的自然特性以發(fā)揮防護(hù)作用的生產(chǎn)部門；林業(yè)在人和生物圈中，通過先進(jìn)的 科學(xué)技術(shù)和管理手段，從事培育、保護(hù)、利用森林資源，充分森林的多種效益，且能持續(xù)經(jīng)營(yíng) 森林資源，促進(jìn)人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和資源協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)和社會(huì)公益事業(yè)。
[0003] 無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)多使用小型數(shù)字相機(jī)(或掃描儀）作為機(jī)載遙感設(shè)備，與傳統(tǒng)的航 片相比，存在像幅較小、影像數(shù)量多等問題，針對(duì)其遙感影像的特點(diǎn)以及相機(jī)定標(biāo)參數(shù)、拍 攝(或掃描）時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)和有關(guān)幾何模型對(duì)圖像進(jìn)行幾何和輻射校正，同時(shí)還有影像自動(dòng) 識(shí)別和快速拼接軟件，實(shí)現(xiàn)影像質(zhì)量、飛行質(zhì)量的快速檢查和數(shù)據(jù)的快速處理，以滿足整套 系統(tǒng)實(shí)時(shí)、快速的技術(shù)要求。
[0004] 隨著林業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代林業(yè)均以大規(guī)模集成化的多樹種的栽培方法栽培林木，種 植任何會(huì)在一篇區(qū)域內(nèi)栽種大批量多種林木，但是在同一區(qū)域內(nèi)栽種單種林木；同時(shí)為了 方便現(xiàn)代化城市綠化建設(shè)，種植的林木均為快速生長(zhǎng)型，能夠在較短的時(shí)間獲得較大植株， 對(duì)于此類植物需要達(dá)到一定的高度才能滿足城市綠化的需求，因此對(duì)于林木的生長(zhǎng)需要實(shí) 時(shí)監(jiān)控，傳統(tǒng)的監(jiān)控林木的生長(zhǎng)狀態(tài)僅僅通過測(cè)量林木的直徑和肉眼觀察來(lái)判斷，但是針 對(duì)于現(xiàn)代化的大規(guī)模的林木生產(chǎn)，通過人工測(cè)量或者肉眼判斷需要工作人員進(jìn)入林木區(qū)實(shí) 地測(cè)量和觀察，由于林區(qū)本身的面積較大，單次的測(cè)量和檢查工作需要耗費(fèi)大量的人力物 力，不利于現(xiàn)代化林業(yè)的擴(kuò)大化生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明提供一種適用于大規(guī)模集成化快速生長(zhǎng)類樹木的林 場(chǎng)，方便統(tǒng)一規(guī)劃和管理，檢測(cè)精準(zhǔn)的基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生 長(zhǎng)狀態(tài)的方法，所述的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)是通過監(jiān)測(cè)林木自身的生長(zhǎng)高度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要 方法是通過無(wú)人機(jī)在特定的高度上飛行，通過無(wú)人機(jī)攜帶的距離測(cè)量?jī)x和的成像設(shè)備進(jìn)行 定點(diǎn)測(cè)量和拍攝，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析得出林木生長(zhǎng)狀態(tài)，具體包括以下幾個(gè)步驟： a) 根據(jù)通過勻速飛行的無(wú)人機(jī)沿著待測(cè)林場(chǎng)的邊沿飛行，根據(jù)實(shí)際的飛行時(shí)間計(jì)算得 出待檢測(cè)林場(chǎng)內(nèi)不同種類林木的區(qū)域的實(shí)際占地面積； b) 根據(jù)林場(chǎng)內(nèi)不同種類的林木栽種區(qū)域以及不同種類林木的高度，制定出不同無(wú)人機(jī) 的定向巡航的預(yù)飛行路線； c) 連通無(wú)人機(jī)進(jìn)行試飛，試飛過程中，無(wú)人機(jī)搭載成像設(shè)備和距離測(cè)量設(shè)備，全程拍攝 和測(cè)量飛行區(qū)域內(nèi)的地面與無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行高度； d) 根據(jù)試飛過程中攝制的錄像對(duì)比距離測(cè)量設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)，將無(wú)人機(jī)飛行的試飛高 度，將無(wú)人機(jī)航拍獲取的多張影像或圖片導(dǎo)入三維仿真軟件中，根據(jù)不同種類林木的占地 面積，配合不同種類林木的高度，通過計(jì)算機(jī)規(guī)劃實(shí)際的飛行路線和飛行高度H m ; e) 無(wú)人機(jī)沿實(shí)際飛行路線飛行，到達(dá)制定的拍攝點(diǎn)后，無(wú)人機(jī)懸停飛行，首先通過距離 測(cè)量?jī)x測(cè)得無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行高度Hs，同時(shí)測(cè)得并記錄無(wú)人機(jī)距離正下方樹木頂端的高 度差Η β，在測(cè)量的同時(shí)配合機(jī)載成像設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)拍攝； f) 將步驟e)獲得的圖像數(shù)據(jù)錄入信息處理計(jì)算機(jī)，進(jìn)行建模和統(tǒng)一分析后得到林木 的生長(zhǎng)狀況，林木的實(shí)際生長(zhǎng)高度：H#=H S-He。
[0007] 本發(fā)明所述的步驟d)中制定無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行的路線和時(shí)間飛行高度!^時(shí)，在不 同種類的林區(qū)飛行時(shí)，需要根據(jù)不同種類林木的生長(zhǎng)高度調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)的時(shí)間飛行高度，期 間保持無(wú)人機(jī)距離正下方樹木頂端的高度差1. 5米。
[0008] 本發(fā)明所述無(wú)人機(jī)上攜帶有定位設(shè)備，所述的定位設(shè)備為GPS定位系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)同時(shí)攜帶有無(wú)線發(fā)射設(shè)備，當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行懸停飛 行時(shí)，將測(cè)得的實(shí)際飛行高度H s和無(wú)人機(jī)距離正下方樹木頂端的高度差Ηβ發(fā)送到信息處 理計(jì)算機(jī)，接著機(jī)載成像設(shè)備啟動(dòng)進(jìn)行拍攝。
[0010] 本發(fā)明所述步驟e)無(wú)人機(jī)飛行的過程中，在同一種類林木的區(qū)域內(nèi)，在制定的飛 行路線上隨機(jī)選擇5個(gè)懸停測(cè)量點(diǎn)，通過測(cè)得的隨機(jī)的計(jì)算平均高度，該高度為該種林木 的實(shí)際生長(zhǎng)高度。
[0011] 本發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)巡航飛行的過程中保持勻速前進(jìn)，相鄰的兩個(gè)懸停測(cè)量點(diǎn)的 前進(jìn)飛行路線為弧形；本發(fā)明的主體思路是根據(jù)確定的巡航飛行路線來(lái)隨機(jī)選取懸停的測(cè) 量點(diǎn)，因此巡航飛行的路線必須要基本覆蓋林場(chǎng)內(nèi)的所有范圍，方便隨機(jī)選取，通過勻速飛 行的無(wú)人機(jī)配合GPS定位設(shè)備，方便確認(rèn)無(wú)人機(jī)的正確位置，控制精準(zhǔn)。
[0012] 本發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)機(jī)載成像設(shè)備設(shè)置在機(jī)身外部，照相設(shè)備的像素> 1800萬(wàn)， 具有光學(xué)防抖裝置。
[0013] 本發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)機(jī)載成像設(shè)備固定和距離測(cè)量?jī)x固定安裝在無(wú)人機(jī)底部，其 堅(jiān)直方向上的固定角度為一 90° ;為了保證準(zhǔn)確測(cè)量無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行高度和無(wú)人機(jī)與無(wú) 人機(jī)距離正下方樹木頂端的高度差，其距離測(cè)量?jī)x在垂直方向上的安裝角度固定，同時(shí)固 定的成像設(shè)備方便拍攝待測(cè)樹木的位置，方便和距離測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)形成對(duì)比。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明通過將無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)和現(xiàn)代林林業(yè)的檢測(cè)技術(shù)結(jié)在 一起，針對(duì)現(xiàn)代林業(yè)的大規(guī)模集成化林場(chǎng)，無(wú)需農(nóng)民進(jìn)行下田觀察林木的生長(zhǎng)狀況，節(jié)省了 大量的用工成本和時(shí)間，同時(shí)經(jīng)過計(jì)算機(jī)記錄的圖片數(shù)據(jù)，方便隨時(shí)查看和前后對(duì)比，更精 準(zhǔn)的分析出林木的實(shí)際生長(zhǎng)狀況，方便對(duì)大規(guī)模林場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和管理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明無(wú)人機(jī)飛行預(yù)設(shè)圖。
[0016] 其中，〇為隨機(jī)設(shè)定的懸停拍攝點(diǎn)；標(biāo)示為無(wú)人機(jī)規(guī)劃的飛行 路線。

【權(quán)利要求】
1. 一種基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法，其特征在于，所述的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀 態(tài)是通過監(jiān)測(cè)林木自身的生長(zhǎng)高度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要方法是通過無(wú)人機(jī)在特定的高度上飛 行，通過無(wú)人機(jī)攜帶的距離測(cè)量?jī)x和的成像設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量和拍攝，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分 析得出林木生長(zhǎng)狀態(tài)，具體包括以下幾個(gè)步驟： a) 根據(jù)通過勻速飛行的無(wú)人機(jī)沿著待測(cè)林場(chǎng)的邊沿飛行，根據(jù)實(shí)際的飛行時(shí)間計(jì)算得 出待檢測(cè)林場(chǎng)內(nèi)不同種類林木的區(qū)域的實(shí)際占地面積； b) 根據(jù)林場(chǎng)內(nèi)不同種類的林木栽種區(qū)域以及不同種類林木的高度，制定出不同無(wú)人機(jī) 的定向巡航的預(yù)飛行路線； c) 連通無(wú)人機(jī)進(jìn)行試飛，試飛過程中，無(wú)人機(jī)搭載成像設(shè)備和距離測(cè)量設(shè)備，全程拍攝 和測(cè)量飛行區(qū)域內(nèi)的地面與無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行高度； d) 根據(jù)試飛過程中攝制的錄像對(duì)比距離測(cè)量設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)，將無(wú)人機(jī)飛行的試飛高 度，將無(wú)人機(jī)航拍獲取的多張影像或圖片導(dǎo)入三維仿真軟件中，根據(jù)不同種類林木的占地 面積，配合不同種類林木的高度，通過計(jì)算機(jī)規(guī)劃實(shí)際的飛行路線和飛行高度H m ; e) 無(wú)人機(jī)沿實(shí)際飛行路線飛行，到達(dá)制定的拍攝點(diǎn)后，無(wú)人機(jī)懸停飛行，首先通過距離 測(cè)量?jī)x測(cè)得無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行高度Hs，同時(shí)測(cè)得并記錄無(wú)人機(jī)距離正下方樹木頂端的高 度差Η β，在測(cè)量的同時(shí)配合機(jī)載成像設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)拍攝； f) 將步驟e)獲得的圖像數(shù)據(jù)錄入信息處理計(jì)算機(jī)，進(jìn)行建模和統(tǒng)一分析后得到林木的 生長(zhǎng)狀況，林木的實(shí)際生長(zhǎng)高度：H#=H高-H差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法，其特征在于，所述 的步驟d)中制定無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行的路線和時(shí)間飛行高度!^時(shí)，在不同種類的林區(qū)飛行時(shí)， 需要根據(jù)不同種類林木的生長(zhǎng)高度調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)的時(shí)間飛行高度，期間保持無(wú)人機(jī)距離正下 方樹木頂端的高度差Η1. 5米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法，其特征在于，所述 無(wú)人機(jī)上攜帶有定位設(shè)備，所述的定位設(shè)備為GPS定位系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法，其特征在于，所述 的無(wú)人機(jī)同時(shí)攜帶有無(wú)線發(fā)射設(shè)備，當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行懸停飛行時(shí)，將測(cè)得的實(shí)際 飛行高度H s和無(wú)人機(jī)距離正下方樹木頂端的高度差!^發(fā)送到信息處理計(jì)算機(jī)，接著機(jī)載 成像設(shè)備啟動(dòng)進(jìn)行拍攝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法，其特征在于，所述 步驟e)無(wú)人機(jī)飛行的過程中，在同一種類林木的區(qū)域內(nèi)，在制定的飛行路線上隨機(jī)選擇5 個(gè)懸停測(cè)量點(diǎn)，通過測(cè)得的隨機(jī)的計(jì)算平均高度，該高度為該種林木的實(shí)際生長(zhǎng)高度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控林木生長(zhǎng)狀態(tài)的方法，其特征在于，所述 的無(wú)人機(jī)巡航飛行的過程中保持勻速前進(jìn)，相鄰的兩個(gè)懸停測(cè)量點(diǎn)的前進(jìn)飛行路線為弧 形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控農(nóng)田作物生長(zhǎng)的方法，其特征在于，所述 的無(wú)人機(jī)機(jī)載成像設(shè)備設(shè)置在機(jī)身外部，照相設(shè)備的像素> 1800萬(wàn)，具有光學(xué)防抖裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控農(nóng)田作物生長(zhǎng)的方法，其特征在于，所述 的無(wú)人機(jī)機(jī)載成像設(shè)備固定和距離測(cè)量?jī)x固定安裝在無(wú)人機(jī)底部，其堅(jiān)直方向上的固定角 度為一 90°。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK104298245SQ201410383079
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】翁永飛, 湯潔泉, 沙敏, 趙雪鳳, 李亮 申請(qǐng)人:江蘇恒創(chuàng)軟件有限公司